CN107630207B - 等离子体启辉方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了等离子体启辉方法及设备，所述等离子体启辉方法用于将气体激发为等离子体，包括以下步骤：计算将气体激发生成等离子体所需的启辉上电极功率RF，且RF＝RF₁+RF₁*RF₂/(RF₁+RF₂)，其中，RF₁及RF₂分别为将气体维持在等离子体稳定状态所需的稳定上电极功率和稳定下电极功率；启动与上电极相连的第一射频电源和与下电极相连的第二射频电源，并将第一射频电源的功率设定为RF、第二射频电源的功率设定为RF₂；检测与所述功率设定为RF的第一射频电源相对应的反射功率，若所述反射功率小于RF₁*5％，则将第一射频电源的功率设定为RF₁，第二射频电源的功率仍设定为RF₂。本发明能够提高气体启辉成功率，还可以减少等离子体稳定时间，从而缩短工艺时间、提高机台效率。

Description

等离子体启辉方法和设备

技术领域

本发明涉及等离子体气相沉积技术领域，更具体地，涉及等离子体启辉方法，以及等离子体启辉设备。

背景技术

在PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)工艺过程中，借助微波或射频使含有薄膜组成原子的工艺气体电离形成等离子体，借助等离子体很强的化学活性，很容易发生反应，可在基片上沉积出所期望的薄膜。

在现有技术中，在进行PECVD工艺时，往往直接将与上电极相连的第一射频电源和与下电极相连的第二射频电源设定为目标功率，即直接将第一射频电源的功率设定为将工艺气体维持在等离子体稳定状态所需的上电极功率RF₁，将第二射频电源的功率设定为将工艺气体维持在等离子体稳定状态所需的下电极功率RF₂。在这种情况下，有时会出现工艺气体不能成功启辉，或者在产生等离子的过程中产生震荡、稳定下来所需的时间长，导致气体激发为等离子体的成功率和效率低。发明人发现，这些问题主要是由于PECVD工艺开始的一段时间内，射频电源提供的能量供给不够造成的，但如果在PECVD工艺初始时，就将射频电源功率设定的很高，又会造成不必要的浪费。因此，为PECVD工艺过程设定合适的射频电源功率以提高启辉的成功率和效率，就成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供能够提高气体启辉成功率的新技术方案。

根据本发明的第一方面，提供了一种等离子体启辉方法，用于将气体激发为等离子体，包括以下步骤：

计算将所述气体激发生成等离子体所需的启辉上电极功率RF，且RF＝RF₁+RF₁*RF₂/(RF₁+RF₂)，其中，RF₁及RF₂分别为将所述气体维持在等离子体稳定状态所需的稳定上电极功率和稳定下电极功率；

启动与上电极相连的第一射频电源和与下电极相连的第二射频电源，并将所述第一射频电源的功率设定为RF、所述第二射频电源的功率设定为RF₂；

检测与所述功率设定为RF的第一射频电源相对应的反射功率，若所述反射功率小于RF₁*5％，则将所述第一射频电源的功率设定为RF₁，所述第二射频电源的功率仍设定为RF₂。

优选地，在计算启辉上电极功率RF之前，还包括获取所述稳定上电极功率RF₁和所述稳定下电极功率RF₂的步骤。

优选地，所述稳定上电极功率RF₁和所述稳定下电极功率RF₂从等离子体启辉设备的存储单元中获取。

优选地，还包括将所述启辉上电极功率RF存储在所述存储单元中的步骤。

根据本发明的第二方面，提供了一种等离子体启辉设备，包括启辉上电极功率计算单元、第一控制单元、反射功率检测单元、以及第二控制单元；

所述启辉上电极功率计算单元，用于计算将所述气体激发生成等离子体所需的启辉上电极功率RF，且RF＝RF₁+RF₁*RF₂/(RF₁+RF₂)，其中，RF₁及RF₂分别为将所述气体维持在等离子体稳定状态所需的稳定上电极功率和稳定下电极功率；

所述第一控制单元，用于启动与上电极相连的第一射频电源和与下电极相连的第二射频电源，并将所述第一射频电源的功率设定为RF、所述第二射频电源的功率设定为RF₂；

所述反射功率检测单元，用于检测与所述功率设定为RF的第一射频电源相对应的反射功率；

所述第二控制单元，用于若所述功率检测单元检测到的所述反射功率小于RF₁*5％，则将所述第一射频电源的功率设定为RF₁，所述第二射频电源的功率仍设定为RF₂。

优选地，所述等离子体启辉设备还包括存储单元；所述存储单元用于存储所述稳定上电极功率RF₁和所述稳定下电极功率RF₂。

优选地，所述启辉上电极功率计算单元，还用于从所述存储单元中获取所述稳定上电极功率RF₁和所述稳定下电极功率RF₂。

优选地，所述存储单元还用于存储所述启辉上电极功率RF。

优选地，所述等离子体启辉设备还包括第一功率输入单元；所述第一功率输入单元用于供用户输入所述稳定上电极功率RF₁。

优选地，所述等离子体启辉设备还包括第二功率输入单元；所述第二功率输入单元用于供用户输入所述稳定下电极功率RF₂。

本发明提供的等离子体启辉方法和等离子体启辉设备，能够根据等离子体稳定状态下所需的上电极功率RF₁和下电极功率RF₂计算出最初启辉时所需的启辉上电极功率RF，启动时，将与上电极相连的第一射频电源的功率设定为RF、第二射频电源的功率设定为RF₂；一旦检测与第一射频电源相对应的反射功率小于RF₁*5％，就将第一射频电源的功率设定为RF₁，第二射频电源的功率仍设定为RF₂，这种方式可以使气体启辉为稳定等离子体的成功率提高到90％以上，大大提高气体一次启辉成功率，保证后续工艺的正常进行。进一步地，采用本发明的技术方案还可以减少等离子体稳定时间，从而缩短工艺时间、提高机台效率。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明实施例提供的等离子体启辉方法的步骤示意图。

图2是本发明实施例提供的等离子体启辉设备的框图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和启辉设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和启辉设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

参考图1说明本发明实施例提供的等离子体启辉方法，包括以下步骤：

S1、获取将气体维持在等离子体稳定状态所需的稳定上电极功率RF₁和稳定下电极功率RF₂，例如RF₁＝3000W，RF₂＝500W。

S2、计算将所述气体激发生成等离子体所需的启辉上电极功率RF，RF＝RF₁+RF₁*RF₂/(RF₁+RF₂)，例如RF＝3000+3000*500/(3000+500)＝3429W。

S3、启动与上电极相连的第一射频电源和与下电极相连的第二射频电源，并将第一射频电源的功率设定为启辉上电极功率RF，将第二射频电源的功率设定为稳定下电极功率RF₂。

S4、检测与所述功率设定为RF的第一射频电源相对应的反射功率，如果所述反射功率小于RF₁*5％，例如RF₁*5％＝3000*5％＝150W，如果所述反射功率小于150W，表明气体已经启辉，则将第一射频电源的功率设定为稳定上电极功率RF₁，第二射频电源的功率仍设定为稳定下电极功率RF₂。

其中，所述步骤S1可以是从启辉设备的存储单元中获取稳定上电极功率RF₁和稳定下电极功率RF₂，或者稳定上电极功率RF₁和稳定下电极功率RF₂是根据用户输入的设定指令而获得。

优选地，在计算出启辉上电极功率RF后，还可以将启辉上电极功率RF存储在启辉设备的存储单元中。在这种情况下，启辉设备以后再次启辉所述气体时就无需再次计算启辉上电极功率RF，而是可以直接从存储单元中查询出启辉上电极功率RF进行使用。

参考图2说明本发明的实施例提供的等离子启辉设备，包括启辉上电极功率计算单元101、第一控制单元102、反射功率检测单元103、以及第二控制单元104。

启辉上电极功率计算单元101，用于计算将气体激发生成等离子体所需的启辉上电极功率RF，且RF＝RF₁+RF₁*RF₂/(RF₁+RF₂)，其中，RF₁及RF₂分别为将所述气体维持在等离子体稳定状态所需的稳定上电极功率和稳定下电极功率。

第一控制单元102，用于启动与上电极相连的第一射频电源和与下电极相连的第二射频电源，并将第一射频电源的功率设定为RF、第二射频电源的功率设定为RF₂。

反射功率检测单元103，用于检测与所述功率设定为RF的第一射频电源相对应的反射功率。

第二控制单元104，用于如果功率检测单元检103测到的所述反射功率小于RF₁*5％，则将第一射频电源的功率设定为RF₁，第二射频电源的功率仍设定为RF₂。

在这一实施例中，等离子体启辉设备还可以包括存储单元105，存储单元105用于存储稳定上电极功率RF₁和稳定下电极功率RF₂。启辉上电极功率计算单元101从存储单元105中获取稳定上电极功率RF₁和稳定下电极功率RF₂以计算启辉上电极功率RF，以及将计算出的启辉上电极功率RF存储到存储单元105中，等离子体启辉设备以后再次启辉所述气体时就无需再计算启辉上电极功率RF，而是可以直接从存储单元105中查询出启辉上电极功率RF进行使用。

进一步的，在这一实施例中，等离子启辉设备还可以包括第一功率输入单元106和第二功率输入单元107。

第一功率输入单元106，用于供用户输入稳定上电极功率RF₁，并且将用户输入的稳定上电极功率RF₁存储到存储单元105中。

第二功率输入单元107，用于供用户输入稳定下电极功率RF₂，并且将用户输入的稳定下电极功率RF₂存储到存储单元105中。

本发明提供的等离子体启辉方法和等离子体启辉设备，能够根据等离子体稳定状态下所需的上电极功率RF₁和下电极功率RF₂计算出最初启辉时所需的启辉上电极功率RF，启动时，将与上电极相连的第一射频电源的功率设定为RF、第二射频电源的功率设定为RF₂；一旦检测与第一射频电源相对应的反射功率小于RF₁*5％，就将第一射频电源的功率设定为RF₁，第二射频电源的功率仍设定为RF₂，这种方式可以使气体启辉为稳定等离子体的成功率提高到90％以上，大大提高气体一次启辉成功率，保证后续工艺的正常进行。进一步地，采用本发明的技术方案还可以减少等离子体稳定时间，从而缩短工艺时间、提高机台效率。

本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行启辉设备使用的指令的有形启辉设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储启辉设备、磁存储启辉设备、光存储启辉设备、电磁存储启辉设备、半导体存储启辉设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码启辉设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理启辉设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储启辉设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理启辉设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理启辉设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。

这里参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他启辉设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它启辉设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它启辉设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它启辉设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。对于本领域技术人员来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种等离子体启辉方法，用于将气体激发为等离子体，其特征在于，包括以下步骤：

计算将所述气体激发生成等离子体所需的启辉上电极功率RF，且RF＝RF₁+RF₁*RF₂/(RF₁+RF₂)，其中，RF₁及RF₂分别为将所述气体维持在等离子体稳定状态所需的稳定上电极功率和稳定下电极功率；

启动与上电极相连的第一射频电源和与下电极相连的第二射频电源，并将所述第一射频电源的功率设定为RF、所述第二射频电源的功率设定为RF₂；

检测与所述功率设定为RF的第一射频电源相对应的反射功率，若所述反射功率小于RF₁*5％，则将所述第一射频电源的功率设定为RF₁，所述第二射频电源的功率仍设定为RF₂。

2.根据权利要求1所述的等离子体启辉方法，其特征在于，在计算启辉上电极功率RF之前，还包括获取所述稳定上电极功率RF₁和所述稳定下电极功率RF₂的步骤。

3.根据权利要求1所述的等离子体启辉方法，其特征在于，所述稳定上电极功率RF₁和所述稳定下电极功率RF₂从等离子体启辉设备的存储单元中获取。

4.根据权利要求3所述的等离子体启辉方法，其特征在于，还包括将所述启辉上电极功率RF存储在所述存储单元中的步骤。

5.一种等离子体启辉设备，其特征在于，包括启辉上电极功率计算单元、第一控制单元、反射功率检测单元、以及第二控制单元；

所述启辉上电极功率计算单元，用于计算将气体激发生成等离子体所需的启辉上电极功率RF，且RF＝RF₁+RF₁*RF₂/(RF₁+RF₂)，其中，RF₁及RF₂分别为将所述气体维持在等离子体稳定状态所需的稳定上电极功率和稳定下电极功率；

所述第一控制单元，用于启动与上电极相连的第一射频电源和与下电极相连的第二射频电源，并将所述第一射频电源的功率设定为RF、所述第二射频电源的功率设定为RF₂；

所述反射功率检测单元，用于检测与所述功率设定为RF的第一射频电源相对应的反射功率；

所述第二控制单元，用于若所述功率检测单元检测到的所述反射功率小于RF₁*5％，则将所述第一射频电源的功率设定为RF₁，所述第二射频电源的功率仍设定为RF₂。

6.根据权利要求5所述的等离子体启辉设备，其特征在于，所述等离子体启辉设备还包括存储单元；所述存储单元用于存储所述稳定上电极功率RF₁和所述稳定下电极功率RF₂。

7.根据权利要求6所述的等离子体启辉设备，其特征在于，所述启辉上电极功率计算单元，还用于从所述存储单元中获取所述稳定上电极功率RF₁和所述稳定下电极功率RF₂。

8.根据权利要求7所述的等离子体启辉设备，其特征在于，所述存储单元还用于存储所述启辉上电极功率RF。

9.根据权利要求5所述的启辉设备，其特征在于，所述等离子体启辉设备还包括第一功率输入单元；所述第一功率输入单元用于供用户输入所述稳定上电极功率RF₁。

10.根据权利要求5所述的启辉设备，其特征在于，所述等离子体启辉设备还包括第二功率输入单元；所述第二功率输入单元用于供用户输入所述稳定下电极功率RF₂。